FR2931535A1 - Fixation par collage de blocs isolants pour cuve de stockage de gaz liquefies a l'aide de cordons ondules - Google Patents

Fixation par collage de blocs isolants pour cuve de stockage de gaz liquefies a l'aide de cordons ondules Download PDF

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Abstract

Cuve terrestre étanche et thermiquement isolée intégrée dans une structure porteuse (1), comprenant une barrière thermiquement isolante comportant une pluralité de blocs isolants (14), chaque bloc isolant comportant un panneau de contreplaqué et contenant ou portant du matériau thermiquement isolant, lesdits blocs isolants (14) étant fixés directement contre la structure porteuse (1) au moyen de cordons (3) de mastic positionnés sur les panneaux desdits blocs isolants le long de lignes parallèles entre elles, caractérisé en ce que sur le panneau d'au moins un desdits blocs isolants (14), au moins deux desdits cordons (3) sont disposés le long de lignes parallèles ondulées.

Description

1 La présente invention se rapporte à une cuve étanche et thermiquement isolée et à son procédé de fabrication. En particulier, la présente invention se rapporte à une cuve terrestre de stockage de gaz liquéfiés et, en particulier, de gaz naturel liquéfié à forte teneur en méthane. Dans les documents FR 2 265 603, FR 2 798 902, FR 2 683786, FR 2 691 520 et FR 2 724623, on a déjà décrit la réalisation d'une cuve étanche et thermiquement isolée intégrée dans un navire de transport. La cuve est constituée par deux barrières d'étanchéité successives alternées avec deux couches d'isolation thermique appelées barrières isolantes. Une première barrière d'étanchéité, dite primaire, est au contact du gaz liquéfié tandis qu'une deuxième, dite secondaire, est disposée entre les deux barrières isolantes. Les différentes barrières sont fixées les unes aux autres et la barrière isolante secondaire est fixée sur la structure porteuse constituée par la coque interne du navire au moyen de divers procédés connus de l'homme du métier. On connaît également des cuves terrestres pour le stockage de gaz liquéfié, présentant également deux barrières d'étanchéité successives alternées avec deux couches d'isolation thermique. Dans le cas des cuves terrestres, la structure porteuse est généralement réalisée en béton. Dans ces réalisations, les barrières isolantes primaire et secondaire sont constituées par une succession de blocs isolants qui, soit sont des caissons parallélépipédiques fermés remplis d'un calorifuge, soit sont constitués de blocs de mousse isolante collés sur un panneau porteur. Le matériau utilisé pour réaliser les panneaux des caissons ou les panneaux porteurs est généralement du bois contreplaqué, pour une question de coût de revient et pour ses qualités isolantes. L'un des inconvénients du contreplaqué est cependant qu'il est anisotrope et que ses propriétés mécaniques sont différentes selon que l'on exerce une sollicitation dans le sens ou bien transversalement aux fibres de ses plis extérieurs. Les blocs isolants de la barrière secondaire sont fixés sur la structure porteuse, dans le premier cas par assemblage à l'aide de goujons pris dans la structure porteuse et dans le second cas tout simplement collés, par l'intermédiaire de leur panneau externe, sur ladite
2 structure. Dans ce cas le matériau utilisé pour le collage est généralement un mastic en résine époxy, qui est déposé sous forme de cordons sur la face du bloc isolant placée en regard de la structure porteuse. Dans l'art antérieur les cordons sont disposés de façon rectiligne sur les panneaux des blocs isolants, parallèlement les uns aux autres. Ces cordons de mastic ont pour fonction, outre celui de maintien du bloc isolant sur la structure porteuse, d'en compenser les inévitables irrégularités en s'adaptant à la forme de celle-ci. Lors du montage le bloc isolant est positionné sur la structure porteuse à l'aide de moyens connus de telle façon que les cordons de mastic soient comprimés, avant polymérisation, contre la structure porteuse et épousent ainsi parfaitement sa forme. On est alors certain d'obtenir un collage de bonne qualité. Avec la polymérisation les cordons de mastic durcissent et se comportent ensuite comme des matériaux parfaitement rigides. Les efforts en provenance de l'intérieur de la cuve étant transmis à la structure porteuse par l'intermédiaire des panneaux des blocs isolants, il est nécessaire que ceux-ci résistent aux pressions et aux tractions qui leur sont appliquées sans rupture de la structure du bois contreplaqué. Il est donc nécessaire de ne pas trop éloigner les cordons de mastic les uns des autres et d'éviter ainsi que des efforts soient appliqués sur le bois à une distance trop grande d'un cordon. La multiplicité des cordons a, par ailleurs, pour inconvénient d'augmenter sensiblement le coût de réalisation de la cuve, du fait de la grande quantité de mastic nécessaire. Les cordons doivent d'une part être d'une section assez élevée pour compenser les irrégularités de la structure porteuse et, d'autre part, la longueur totale des cordons, s'ils étaient mis bout à bout, atteindrait plusieurs dizaines, voire une centaine, de kilomètres pour un navire ou une cuve terrestre de taille moyenne. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé moins onéreux de collage des blocs isolants sur la structure porteuse à l'aide de cordons de mastic, tout en conservant une bonne résistance des panneaux desdits blocs isolants aux efforts de compression ou de traction qui s'exercent sur eux, voire en améliorant celle-ci.
3 A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de collage de blocs isolants sur une structure porteuse d'une cuve terrestre, à l'aide de cordons de mastic, pour la réalisation d'une cuve terrestre étanche et thermiquement isolée pour le stockage de gaz liquéfiés sur terre, ladite cuve comprenant une barrière thermiquement isolante comportant une pluralité de blocs isolants, chaque bloc isolant comportant un panneau de contreplaqué et contenant ou portant du matériau thermiquement isolant, ledit procédé comprenant a) la pose de cordons de mastic sur le panneau desdits blocs isolants ou sur la structure porteuse, le long de lignes parallèles entre elles, b) le positionnement desdits blocs isolants contre la structure porteuse de la cuve et c) leur mise en pression contre ladite structure porteuse jusqu'à polymérisation dudit mastic, caractérisé en ce que, entre le panneau d'au moins un desdits blocs isolants et la structure porteuse, au moins deux desdits cordons sont disposés le long de lignes parallèles ondulées. Avantageusement, la distance entre deux lignes ondulées consécutives est supérieure ou égale à 100 mm.
De façon préférentielle, les lignes ondulées sont des sinusoïdes. Avantageusement, la sinusoïde présente un rapport sensiblement égal à 8 entre sa période et son amplitude. L'invention a également pour objet une cuve terrestre étanche et thermiquement isolée intégrée dans une structure porteuse, comprenant une barrière thermiquement isolante comportant une pluralité de blocs isolants, chaque bloc isolant comportant un panneau de contreplaqué et contenant ou portant du matériau thermiquement isolant, lesdits blocs isolants étant fixés directement contre la structure porteuse au moyen de cordons de mastic positionnés sur les panneaux desdits blocs isolants le long de lignes parallèles entre elles, caractérisé en ce que sur le panneau d'au moins un desdits blocs isolants, au moins deux desdits cordons sont disposés le long de lignes parallèles ondulées.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au
4 cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemples purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue en coupe d'une cuve selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective représentant les différentes couches d'une cuve de l'art antérieur ; - la figure 3 est une vue similaire à la figure 2, 10 représentant le cas de la cuve de la figure 1, - la figure 4 est une vue de dessous d'un bloc isolant secondaire de la cuve de la figure 1 ; - la figure 5 est une vue d'un détail de la réalisation d'un cordon de mastic de la cuve de la figure 1. 15 En se référant à la figure 1, on voit la structure porteuse 1 d'une cuve terrestre pour le stockage de gaz liquéfié. La structure porteuse 1 est réalisée en béton. Dans le cadre de la présente description, cuve terrestre désigne une cuve bâtie sur des fondations fixes au sol, qu'il s'agisse du sol terrestre, de la rive ou d'un sol sous-marin. La cuve 20 peut être construite au-dessus du niveau du sol, ou être partiellement ou totalement enterrée. En se référant à la figure 3, la paroi de fond de la cuve présente successivement, depuis l'intérieur de la cuve vers la structure porteuse 1 : 25 - une barrière étanche primaire 7, réalisée en tôle métallique ondulée, - une barrière isolante primaire 2, comprenant un panneau 8 en contreplaqué et une couche de mousse 9, - une barrière étanche secondaire 6, réalisée en triplex, 30 - une barrière isolante secondaire, comprenant un panneau 11 en contreplaqué et une couche de mousse 10. Selon un technique connue, notamment des documents cités en introduction, la barrière isolante primaire 2, la barrière étanche secondaire 6 et la barrière isolante secondaire 4 sont réalisées à l'aide de 35 panneaux préfabriqués assemblés sur la structure porteuse 1. Comme le montre la figure 1, la barrière isolante primaire 2 est complétée par des éléments isolants 12 placés entre les panneaux préfabriqués. La barrière étanche secondaire 6 n'est pas représentée sur la figure 1, mais sa position est indiquée par le fond des éléments isolants 12. Comme le montre la figure 1, dans l'exemple représenté, la paroi latérale de la cuve comprend également, dans une partie inférieure, une barrière étanche primaire, une barrière isolante primaire, une barrière étanche secondaire et une barrière isolante secondaire, et dans une partie supérieure, une unique barrière étanche et une unique barrière isolante. Dans une variante non représentée, la paroi latérale de la cuve comprend sur toute sa hauteur une barrière étanche primaire, une barrière isolante primaire, une barrière étanche secondaire et une barrière isolante secondaire. On peut également réaliser une cuve terrestre selon une autre technique connue, dans laquelle les barrières isolantes sont 15 réalisées à l'aide de caissons remplis de matériau isolant. Dans la suite de la description, on appelle bloc isolant 14 un élément de la barrière étanche secondaire, qui peut comprendre, selon la technique utilisée, soit une couche de mousse et un panneau en contreplaqué (cas des figures 1 et 3), soit un caisson rempli de matériau 20 isolant (cas non représenté). Dans les deux cas, le bloc isolant 14 comprend, au niveau de sa face tournée vers la structure porteuse, un panneau en contreplaqué. Les blocs isolants 14 sont fixés sur la structure porteuse à l'aide de cordons de mastic 3. On peut voir sur la figure 3 deux cordons 25 de mastic 3 ondulés. A titre de comparaison, la figure 2 représente une cuve selon l'art antérieur, dans laquelle les cordons de mastic 3 sont rectilignes. Sur la figure 2, on a utilisé les mêmes numéros de référence que sur la figure 3 pour désigner des éléments correspondants. En se référant à la figure 4, on voit une vue de dessous d'un 30 panneau d'un bloc isolant 14, sur lequel ont été disposés des cordons de mastic 3, transversalement à la plus grande dimension. Du fait de la méthode de construction des panneaux de contreplaqué, les plis sont toujours en nombre impair et sur les plis extérieurs les fibres du bois sont orientées dans l'axe de la plus petite dimension du panneau. Cette 35 orientation est représentée par l'axe A-A sur la figure 4. 6 En se référant à la figure 5, on voit un détail de la forme d'un cordon de mastic 3, pour lequel la forme ondulée présentée est une forme sinusoïdale, de période "L" et d'amplitude "a". On va maintenant décrire le gain apporté par l'invention par 5 rapport à l'art antérieur. Dans les réalisations antérieures les cordons de mastic sont rectilignes et espacés régulièrement d'une longueur qui varie selon l'endroit où le second bloc isolant correspondant sera placé dans la cuve, autrement dit selon la pression à laquelle il sera soumis. Pour les parois 10 en fond de cuve (sol et parties basses des parois latérales) il est nécessaire de rapprocher les cordons de mastic pour éviter la rupture du bois entre deux cordons. On retient généralement un espacement de 100 mm entre deux cordons consécutifs sur un même bloc isolant. Dans les zones où la pression à supporter sera plus faible (parties hautes des 15 parois latérales et plafond) un espacement plus lâche est acceptable. L'espacement généralement retenu est alors de 140 mm. Les panneaux de bois constituant les faces des blocs isolants 14 sont soumis en utilisation à des efforts de compression du fait du poids du liquide contenu dans la cuve. 20 Les points faibles d'un panneau de bois contreplaqué sont de deux types : - en compression il peut se rompre par flexion le long d'une ligne parallèle aux cordons puisque la face inférieure, qui est soumise à une pression uniformément répartie n'est supportée que par les arêtes 25 linéaires que constituent les cordons, avec un espacement non supporté entre eux. Cette fragilité est encore accentuée lorsque les cordons sont orientés dans le même sens que les fibres du pli extérieur du contreplaqué (cf fig. 4), ce qui est fréquemment le cas dans la pratique. Les chantiers constructeurs de navires de transport 30 de gaz liquéfié sont en effet amenés à manipuler les blocs isolants équipés de leurs cordons de mastic et notamment à les retourner pour remettre la face inférieure en dessous après l'opération de dépose du mastic. Cette manoeuvre se déroule de façon plus sûre si les cordons de mastic restent dans un même plan lors de cette rotation, autrement 35 dit s'ils sont mis dans le sens de la plus petite dimension de la face
7 inférieure. Cette orientation est justement, par construction du contreplaqué, le sens des fibres du pli extérieur. - en traction le bois d'un panneau de contreplaqué peut se délaminer, une partie du bois du pli extérieur restant attachée au cordon de mastic, le reste s'en séparant, laissant alors le bloc isolant se détacher de la coque interne. Ces faiblesses du contreplaqué empêchent de trop espacer les cordons de mastic et ainsi de réduire le volume de mastic employé pour réaliser l'isolation d'une cuve.
L'invention résout ce problème en remplaçant les cordons rectilignes employés auparavant par des cordons 3 présentant des ondulations, qui peuvent, par exemple, être sinusoïdales comme le montrent les figures 4 et 5. Des essais ont été effectués sur des panneaux qui ont été équipés de cordons sinusoïdaux, présentant des espacements divers, dont la période L est de 372 mm et l'amplitude a de 46,5 mm. La longueur d'une telle sinusoïde, qui se caractérise par un rapport L/a égal à 8, est supérieure de 14% à celle du segment de droite de longueur L correspondant.
La résistance à la rupture par flexion inter cordons et au délaminage des panneaux a été évaluée et comparée à celle de panneaux équipés de cordons rectilignes espacés de 100 ou de 140 mm. On ne retrouve la même pression de rupture par flexion avec ces cordons sinusoïdaux, qu'avec un espacement entre eux supérieur de 35 % à celui constaté avec des cordons rectilignes. De même les essais de résistance au délaminage ont montré qu'avec une telle forme sinusoïdale (rapport L/a égal à 8) la résistance au délaminage est augmentée de 48% par rapport à des cordons droits placés eux aussi parallèlement aux fibres du contreplaqué. Cela signifie qu'un raccourcissement de 35% de la longueur de mastic déposée sur le panneau d'un second bloc isolant est possible, sans se placer de façon plus défavorable vis-à-vis du délaminage qu'avec des cordons rectilignes. Au global l'utilisation de cordons sinusoïdaux de rapport L/a égal à 8 permet une économie de 18% sur la quantité de mastic nécessaire par rapport à des cordons rectilignes, tout en conservant la même tenue à la rupture en flexion et en obtenant même une meilleure résistance au délaminage. Il est évident que d'autres sinusoïdes peuvent être sélectionnées, avec des rapports L/a différents de 8, ou bien des formes périodiques alternées quelconques (chevrons, carrés, ...) La quantité de mastic nécessaire sera plus ou moins grande selon la forme de ces lignes ondulées. Il conviendra toutefois d'adapter l'écartement entre les lignes pour que soit conservée une résistance suffisante à la rupture en flexion avec la forme ondulée retenue.
Bien que l'invention ait été décrite en relation avec plusieurs modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de collage de blocs isolants sur une structure porteuse d'une cuve terrestre, à l'aide de cordons (3) de mastic, pour la réalisation d'une cuve terrestre étanche et thermiquement isolée pour le stockage de gaz liquéfiés sur terre, ladite cuve comprenant une barrière thermiquement isolante comportant une pluralité de blocs isolants (14), chaque bloc isolant comportant un panneau de contreplaqué et contenant ou portant du matériau thermiquement isolant, ledit procédé comprenant a) la pose de cordons (3) de mastic sur le panneau desdits blocs isolants (14) ou sur la structure porteuse, le long de lignes parallèles entre elles, b) le positionnement desdits blocs isolants (14) contre la structure porteuse de la cuve (1) et c) leur mise en pression contre ladite structure porteuse jusqu'à 15 polymérisation dudit mastic, caractérisé en ce que, entre le panneau d'au moins un desdits blocs isolants (14) et la structure porteuse, au moins deux desdits cordons (3) sont disposés le long de lignes parallèles ondulées.
  2. 2. Procédé de collage selon la revendication 1, dans 20 lequel la distance entre deux lignes ondulées consécutives est supérieure ou égale à 100 mm.
  3. 3. Procédé de collage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les lignes ondulées sont des sinusoïdes.
  4. 4. Procédé de collage selon la revendication 3, dans 25 lequel la sinusoïde présente un rapport sensiblement égal à 8 entre sa période et son amplitude.
  5. 5. Cuve terrestre étanche et thermiquement isolée intégrée dans une structure porteuse (1), comprenant une barrière thermiquement isolante comportant une pluralité de blocs isolants (14), 30 chaque bloc isolant comportant un panneau de contreplaqué et contenant ou portant du matériau thermiquement isolant, lesdits blocs isolants (14) étant fixés directement contre la structure porteuse (1) au moyen de cordons (3) de mastic positionnés sur les panneaux desdits blocs isolants le long de lignes parallèles entre elles,caractérisé en ce que sur le panneau d'au moins un desdits blocs isolants (14), au moins deux desdits cordons (3) sont disposés le long de lignes parallèles ondulées.
  6. 6. Cuve étanche et thermiquement isolante selon la 5 revendication 5, dans laquelle la distance entre deux lignes parallèles ondulées consécutives est supérieure ou égale à 100 mm.
  7. 7. Cuve étanche et thermiquement isolante selon l'une des revendications 5 ou 6, dans laquelle les lignes ondulées sont des sinusoïdes. 10
  8. 8. Cuve étanche et thermiquement isolante selon la revendication 7, dans laquelle la sinusoïde présente un rapport sensiblement égal à 8 entre sa période et son amplitude.
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